JP3329565B2 - 液晶光変調器 - Google Patents
液晶光変調器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は液晶を用いて、光強度
の変調を行う液晶光変調器に係り、特にメモリ性と高速
性が必要とされるディスプレイ用の液晶光変調器に関す
るものである。
の変調を行う液晶光変調器に係り、特にメモリ性と高速
性が必要とされるディスプレイ用の液晶光変調器に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶に電界を加えて、液晶分子の配列状
態を変化させるという液晶の電気光学効果を応用すると
光変調器が実現できる。液晶光変調器は、他の電気光学
効果を示す結晶に比べて低電圧で動作し、比較的大きな
面積のものを廉価に作ることができるため、ディスプレ
イ用の電気光学素子として近年注目されている。
態を変化させるという液晶の電気光学効果を応用すると
光変調器が実現できる。液晶光変調器は、他の電気光学
効果を示す結晶に比べて低電圧で動作し、比較的大きな
面積のものを廉価に作ることができるため、ディスプレ
イ用の電気光学素子として近年注目されている。
【０００３】このような液晶光変調器の１つとして、自
発分極をもちカイラルスメクティックＣ相を示す強誘電
性液晶を、狭いギャップ（通常、３μm 以下）に充填
し、液晶分子の配向状態を双安定化した表面安定化強誘
電性液晶がある。この場合、液晶分子は、配向膜の面に
水平を保ちながら、配向膜の配向処理方向から、液晶材
料固有のチルト角（22.5°程度が望ましい) だけ傾いた
２つの安定な配列状態をもつ。この液晶光変調器は、輝
度向上に不可欠なメモリ機能（２値）と、高速応答をも
つためティスプレイに有用である。しかし、この液晶光
変調器は双安定な動作をもつため中間調表示が困難であ
る。それを克服する方法として、２値の液晶領域を分割
し、その面積比率に応じて中間調を実現する面積階調法
がある。これまでに、面積階調法を得る方法として、以
下に示すような素子が提案されている。
発分極をもちカイラルスメクティックＣ相を示す強誘電
性液晶を、狭いギャップ（通常、３μm 以下）に充填
し、液晶分子の配向状態を双安定化した表面安定化強誘
電性液晶がある。この場合、液晶分子は、配向膜の面に
水平を保ちながら、配向膜の配向処理方向から、液晶材
料固有のチルト角（22.5°程度が望ましい) だけ傾いた
２つの安定な配列状態をもつ。この液晶光変調器は、輝
度向上に不可欠なメモリ機能（２値）と、高速応答をも
つためティスプレイに有用である。しかし、この液晶光
変調器は双安定な動作をもつため中間調表示が困難であ
る。それを克服する方法として、２値の液晶領域を分割
し、その面積比率に応じて中間調を実現する面積階調法
がある。これまでに、面積階調法を得る方法として、以
下に示すような素子が提案されている。
【０００４】従来例１ 図６に示されるように、回転楕円体状の強誘電性液晶小
滴１が分散された合成樹脂３が透明電極４Ａ，４Ｂ間に
挟まれ、駆動電源１５の電圧の大きさにより光透過率が
制御される素子（文献： H. S. Kitzerow , H. Molsen
and G.Hepple ,Applied Physics Letters , Vol.60 , N
o.25 , pp.3093-3095 参照) 。従来例２ 図７に示されるように、数ｎｍ径の微小球（TiO2) １６
が分散された強誘電性液晶１が、ＳｉＯ配向膜２Ａ，２
Ｂの付着した透明電極４Ａ，４Ｂ間に挟まれ、駆動電源
１５の電圧の大きさにより、光透過率が制御される素子
（文献： A.Yasuda , K.Nito , Y. Y. Bao , H.Takanis
hi and N.A.Clark , 4th International Conference on
Ferroelectric Liquid Crystals (FLC-93) Digest , N
o.P -137 , P.351-352 参照) 。従来例３ 図８に示されるように、ラングミュア・ブロジェット法
で作成された超薄膜配向膜１７Ａ，１７Ｂ（ポリイミ
ド、膜厚２ｎｍ程度）が付着した透明電極４Ａ，４Ｂ間
に強誘電性液晶１が挟まれ、さらにダイオード１８と可
変電気抵抗１９を介して駆動電源１５が接続され、電気
抵抗１９の抵抗値により光透過率が制御される素子（文
献：木村宗弘、前田博己、Ｃ．Ｍ．ゴメス、小林駿介、
電子情報通信学会電子ディスプレイ研究会、No.EID 89-
43 , pp.13-18 参照）。
滴１が分散された合成樹脂３が透明電極４Ａ，４Ｂ間に
挟まれ、駆動電源１５の電圧の大きさにより光透過率が
制御される素子（文献： H. S. Kitzerow , H. Molsen
and G.Hepple ,Applied Physics Letters , Vol.60 , N
o.25 , pp.3093-3095 参照) 。従来例２ 図７に示されるように、数ｎｍ径の微小球（TiO2) １６
が分散された強誘電性液晶１が、ＳｉＯ配向膜２Ａ，２
Ｂの付着した透明電極４Ａ，４Ｂ間に挟まれ、駆動電源
１５の電圧の大きさにより、光透過率が制御される素子
（文献： A.Yasuda , K.Nito , Y. Y. Bao , H.Takanis
hi and N.A.Clark , 4th International Conference on
Ferroelectric Liquid Crystals (FLC-93) Digest , N
o.P -137 , P.351-352 参照) 。従来例３ 図８に示されるように、ラングミュア・ブロジェット法
で作成された超薄膜配向膜１７Ａ，１７Ｂ（ポリイミ
ド、膜厚２ｎｍ程度）が付着した透明電極４Ａ，４Ｂ間
に強誘電性液晶１が挟まれ、さらにダイオード１８と可
変電気抵抗１９を介して駆動電源１５が接続され、電気
抵抗１９の抵抗値により光透過率が制御される素子（文
献：木村宗弘、前田博己、Ｃ．Ｍ．ゴメス、小林駿介、
電子情報通信学会電子ディスプレイ研究会、No.EID 89-
43 , pp.13-18 参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】前述の従来例１，２
および３の素子は、いずれも強誘電性液晶１を分割し、
ドメイン化することにより中間調が得られるが、以下に
述べるような問題点を抱えている。従来例１の素子で
は、２枚の基板５Ａ，５Ｂをずらすことにより、強誘電
性液晶１を球状から回転楕円体状に変形し、液晶１の配
向を行なっているが、不完全な配向によるコントラスト
低下や光散乱による透過率低下が避けられない。従来例
２の素子では、微小球１６が凝集しやすく、均一に分散
した一様な素子を作ることが困難であり、また、強誘電
性液晶１内に浮遊する微小球１６の移動により、経時変
化による安定性が問題となる。従来例３の素子では、液
晶ドメインの大きさが自在に制御できないため、ドメイ
ンの微細化による解像度の向上が困難である。
および３の素子は、いずれも強誘電性液晶１を分割し、
ドメイン化することにより中間調が得られるが、以下に
述べるような問題点を抱えている。従来例１の素子で
は、２枚の基板５Ａ，５Ｂをずらすことにより、強誘電
性液晶１を球状から回転楕円体状に変形し、液晶１の配
向を行なっているが、不完全な配向によるコントラスト
低下や光散乱による透過率低下が避けられない。従来例
２の素子では、微小球１６が凝集しやすく、均一に分散
した一様な素子を作ることが困難であり、また、強誘電
性液晶１内に浮遊する微小球１６の移動により、経時変
化による安定性が問題となる。従来例３の素子では、液
晶ドメインの大きさが自在に制御できないため、ドメイ
ンの微細化による解像度の向上が困難である。
【０００６】そこで、本発明の目的は、前述の諸問題を
解決し、中間調のメモリ機能を有し、しかも、コントラ
スト、光透過率、解像度、面内均一性、安定性に優れた
液晶光変調器を提供せんとするものである。
解決し、中間調のメモリ機能を有し、しかも、コントラ
スト、光透過率、解像度、面内均一性、安定性に優れた
液晶光変調器を提供せんとするものである。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明液晶光変調器は、自発分極をもちカイラルス
メクティックＣ相を示す強誘電性液晶と入射光の波長以
下の太さの微細な３次元網目状の合成樹脂からなる液晶
・樹脂複合体と、当該液晶・樹脂複合体を挟み液晶分子
を配向膜の配向処理方向に配列させる前記配向膜と、前
記液晶・樹脂複合体と前記配向膜を挟む透明電極と、前
記液晶・樹脂複合体と前記配向膜と前記透明電極とを実
質的に挟む偏光方向が互いに直交関係にある偏光板と、
前記透明電極に電圧を印加する電圧印加手段とから構成
するとともに、前記透明電極に印加する前記電圧の極性
およびレベルを変えることにより、透明な配向を示す液
晶ドメインと不透明な配向を示す液晶ドメインとの比率
を任意所望に変化させて任意所望の強度の光変調を行い
得るようにしたことを特徴とするものである。
め、本発明液晶光変調器は、自発分極をもちカイラルス
メクティックＣ相を示す強誘電性液晶と入射光の波長以
下の太さの微細な３次元網目状の合成樹脂からなる液晶
・樹脂複合体と、当該液晶・樹脂複合体を挟み液晶分子
を配向膜の配向処理方向に配列させる前記配向膜と、前
記液晶・樹脂複合体と前記配向膜を挟む透明電極と、前
記液晶・樹脂複合体と前記配向膜と前記透明電極とを実
質的に挟む偏光方向が互いに直交関係にある偏光板と、
前記透明電極に電圧を印加する電圧印加手段とから構成
するとともに、前記透明電極に印加する前記電圧の極性
およびレベルを変えることにより、透明な配向を示す液
晶ドメインと不透明な配向を示す液晶ドメインとの比率
を任意所望に変化させて任意所望の強度の光変調を行い
得るようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】さらに本発明の実施例では、配向膜の配向
処理方向に伸張した形状の微細な網目状の合成樹脂が、
強誘電性液晶内に分散されているため、強誘電性液晶の
配向が乱れず、高いコントラストが得られる（従来例１
の素子の問題点を解決）。また、網目をなす樹脂繊維の
太さが、入射光の波長以下で極めて微細なため、光散乱
を生じず、光透過率の低下が生じない（従来例１の素子
の問題点を解決）。また、合成樹脂は網目状に結合して
おり、経時変化を生ぜず、高い安定性をもつ（従来例２
の素子の問題点を解決）。網目状合成樹脂が一様に形成
されるため、高い面内一様性が得られる（従来例２の素
子の問題点を解決）。また、合成樹脂の網目の大きさ
は、樹脂形成の速度を制御することにより、容易に制御
できるため、高い解像度の素子が製作できる（従来例３
の素子の問題点を解決）。
処理方向に伸張した形状の微細な網目状の合成樹脂が、
強誘電性液晶内に分散されているため、強誘電性液晶の
配向が乱れず、高いコントラストが得られる（従来例１
の素子の問題点を解決）。また、網目をなす樹脂繊維の
太さが、入射光の波長以下で極めて微細なため、光散乱
を生じず、光透過率の低下が生じない（従来例１の素子
の問題点を解決）。また、合成樹脂は網目状に結合して
おり、経時変化を生ぜず、高い安定性をもつ（従来例２
の素子の問題点を解決）。網目状合成樹脂が一様に形成
されるため、高い面内一様性が得られる（従来例２の素
子の問題点を解決）。また、合成樹脂の網目の大きさ
は、樹脂形成の速度を制御することにより、容易に制御
できるため、高い解像度の素子が製作できる（従来例３
の素子の問題点を解決）。
【０００９】
【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本発明を
詳細に説明する。実施例の構成 図１は、本発明を適用した液晶光変調器の一実施例の模
式的構成の断面図を示す。本実施例の液晶光変調器で
は、カイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶１
の中に、配向膜２Ａの配向処理方向に伸張した形状の網
目状の合成樹脂３を分散し、透明電極４Ａ，４Ｂ上に付
着した配向膜２Ａ，２Ｂ間に液晶１および樹脂３を挟ん
で配設する。さらに２つの透明電極４Ａ，４Ｂは、ガラ
ス基板５Ａ，５Ｂ上に付着され、リード線６とスイッチ
７を介して、３つの駆動用直流電圧源８Ａ，８Ｂ，８Ｃ
のいずれかに接続される。入射光９は偏光板１０Ａによ
り液晶の分子の長軸方向に偏光された後、一方のガラス
基板５Ａから入射し、液晶１と合成樹脂３からなる液晶
・樹脂複合体１１で、偏光状態が制御され出射側の偏光
板１０Ｂを透過した後、出射光１２となる。２つの偏光
板１０Ａ，１０Ｂの偏光方向は、直交関係にあり、また
２つ配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向は平行である。さ
らに偏光板１０Ａの偏光方向は、配向膜２Ａ，２Ｂの配
向処理方向と液晶分子のチルト角だけ傾いている。２つ
のガラス基板５Ａ，５Ｂは、周囲をシール用樹脂１３に
より堅牢に固定される。
詳細に説明する。実施例の構成 図１は、本発明を適用した液晶光変調器の一実施例の模
式的構成の断面図を示す。本実施例の液晶光変調器で
は、カイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶１
の中に、配向膜２Ａの配向処理方向に伸張した形状の網
目状の合成樹脂３を分散し、透明電極４Ａ，４Ｂ上に付
着した配向膜２Ａ，２Ｂ間に液晶１および樹脂３を挟ん
で配設する。さらに２つの透明電極４Ａ，４Ｂは、ガラ
ス基板５Ａ，５Ｂ上に付着され、リード線６とスイッチ
７を介して、３つの駆動用直流電圧源８Ａ，８Ｂ，８Ｃ
のいずれかに接続される。入射光９は偏光板１０Ａによ
り液晶の分子の長軸方向に偏光された後、一方のガラス
基板５Ａから入射し、液晶１と合成樹脂３からなる液晶
・樹脂複合体１１で、偏光状態が制御され出射側の偏光
板１０Ｂを透過した後、出射光１２となる。２つの偏光
板１０Ａ，１０Ｂの偏光方向は、直交関係にあり、また
２つ配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向は平行である。さ
らに偏光板１０Ａの偏光方向は、配向膜２Ａ，２Ｂの配
向処理方向と液晶分子のチルト角だけ傾いている。２つ
のガラス基板５Ａ，５Ｂは、周囲をシール用樹脂１３に
より堅牢に固定される。
【００１０】液晶１は、網目状合成樹脂３により微細に
分割され微小なドメインを形成する。また、合成樹脂３
は網目状に結合しており、経時変化を生ぜず高い安定性
をもつ。液晶１と合成樹脂３からなる液晶・樹脂複合体
１１は、液晶１および合成樹脂３の構成材料を混ぜ合わ
せて、加熱しながら均質溶媒にした後、光硬化、熱硬化
および反応硬化等の方法を用いて、合成樹脂３成分のみ
を硬化し、液晶１を析出・凝集させることで得られる。
この時、液晶・樹脂複合体中の樹脂３の含有率を１０％
以下にし、液晶１が自発分極を失うネマチック相を示す
高い温度で、樹脂材料の分子（モノマー）を液晶分子と
共に、配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向に配列させ、樹
脂材料を硬化させることにより、配向膜２Ａ，２Ｂの配
向処理方向に伸張した形状の網目状樹脂３を形成するこ
とができる。この網目状樹脂３は液晶１がカイラルスメ
クティックＣ相を示す室温に戻った場合でも、液晶１の
配向を乱すことが少なく、高いコントラスト比を維持す
ることが可能である。また、網目を形成する合成樹脂繊
維３の太さは、波長よりも小さいため光散乱を生ぜず高
い光透過率を示す。なお、合成樹脂３の網目の大きさ
は、合成樹脂３の硬化速度により容易に制御可能であ
る。また、微細な網目状合成樹脂３を形成することによ
り液晶光変調器の解像度を増すことが可能である。ま
た、合成樹脂３の形成速度を均一に制御すれば、網目状
樹脂３が一様に形成されるため高い面内一様性が得られ
る。
分割され微小なドメインを形成する。また、合成樹脂３
は網目状に結合しており、経時変化を生ぜず高い安定性
をもつ。液晶１と合成樹脂３からなる液晶・樹脂複合体
１１は、液晶１および合成樹脂３の構成材料を混ぜ合わ
せて、加熱しながら均質溶媒にした後、光硬化、熱硬化
および反応硬化等の方法を用いて、合成樹脂３成分のみ
を硬化し、液晶１を析出・凝集させることで得られる。
この時、液晶・樹脂複合体中の樹脂３の含有率を１０％
以下にし、液晶１が自発分極を失うネマチック相を示す
高い温度で、樹脂材料の分子（モノマー）を液晶分子と
共に、配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向に配列させ、樹
脂材料を硬化させることにより、配向膜２Ａ，２Ｂの配
向処理方向に伸張した形状の網目状樹脂３を形成するこ
とができる。この網目状樹脂３は液晶１がカイラルスメ
クティックＣ相を示す室温に戻った場合でも、液晶１の
配向を乱すことが少なく、高いコントラスト比を維持す
ることが可能である。また、網目を形成する合成樹脂繊
維３の太さは、波長よりも小さいため光散乱を生ぜず高
い光透過率を示す。なお、合成樹脂３の網目の大きさ
は、合成樹脂３の硬化速度により容易に制御可能であ
る。また、微細な網目状合成樹脂３を形成することによ
り液晶光変調器の解像度を増すことが可能である。ま
た、合成樹脂３の形成速度を均一に制御すれば、網目状
樹脂３が一様に形成されるため高い面内一様性が得られ
る。
【００１１】入射光の偏光状態を大きく制御するために
は、液晶１の屈折率異方性Δｎ（＝異常光屈折率ｎｅ−
常光屈折率ｎｏ）が大きい方が有利である。そのため、
液晶１には、屈折率異方性の大きなシッフ塩基系強誘電
性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液
晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液
晶、フェニルピリミジン系強誘電性液晶などが適してき
る。さらに、自発分極が大きな強誘電性液晶１を用いた
場合、高速応答と低電圧駆動が可能となる。
は、液晶１の屈折率異方性Δｎ（＝異常光屈折率ｎｅ−
常光屈折率ｎｏ）が大きい方が有利である。そのため、
液晶１には、屈折率異方性の大きなシッフ塩基系強誘電
性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液
晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液
晶、フェニルピリミジン系強誘電性液晶などが適してき
る。さらに、自発分極が大きな強誘電性液晶１を用いた
場合、高速応答と低電圧駆動が可能となる。
【００１２】合成樹脂３には、透明なアクリル樹脂、エ
ポキシ樹脂、ウレタン樹脂または、それらの共重合体等
が最適である。また、配向膜２Ａは、ラビング配向処理
されたポリイミド樹脂、ポリビニールアルコール膜、斜
方蒸着されたＳｉＯ、ＳｉＯ2 もしくは、ラングミュア
・ブロジェット法で形成される超薄膜のポリイミド膜な
どが適当である。なお、液晶分子を配向膜２Ａ，２Ｂの
面から僅かに傾斜（プレチルト角）させ、複合体１１を
構成することも可能である。また、液晶分子が配向膜２
Ａ，２Ｂの面で逆方向に僅かに傾き、液晶内部で分子配
向が折れ曲がった構造（シェブロン構造）の場合にも、
本方法は有効である。
ポキシ樹脂、ウレタン樹脂または、それらの共重合体等
が最適である。また、配向膜２Ａは、ラビング配向処理
されたポリイミド樹脂、ポリビニールアルコール膜、斜
方蒸着されたＳｉＯ、ＳｉＯ2 もしくは、ラングミュア
・ブロジェット法で形成される超薄膜のポリイミド膜な
どが適当である。なお、液晶分子を配向膜２Ａ，２Ｂの
面から僅かに傾斜（プレチルト角）させ、複合体１１を
構成することも可能である。また、液晶分子が配向膜２
Ａ，２Ｂの面で逆方向に僅かに傾き、液晶内部で分子配
向が折れ曲がった構造（シェブロン構造）の場合にも、
本方法は有効である。
【００１３】一例として試作した本実施例では、カイラ
ルスメクティックＣ相の強誘電性液晶１として、チッソ
社ＣＳ− 1014 （屈折率異方性Δｎ＝ 0.15 ) を使用し
た。また、合成樹脂３として、紫外線硬化性のアクリル
・ウレタン共重合体（ノーランドプロダクツ社 NOA-65
、屈折率ｎｅ＝ 1.524）を用いた。
ルスメクティックＣ相の強誘電性液晶１として、チッソ
社ＣＳ− 1014 （屈折率異方性Δｎ＝ 0.15 ) を使用し
た。また、合成樹脂３として、紫外線硬化性のアクリル
・ウレタン共重合体（ノーランドプロダクツ社 NOA-65
、屈折率ｎｅ＝ 1.524）を用いた。
【００１４】製作方法は、以下の通りである。まず、ポ
リイミド膜２Ａ（50nm厚) をスピンコート法により透明
電極４Ａ（In2O3 : Sn、厚み72nm）付きのガラス基板５
Ａ（３mm厚の青板ガラス) に塗布する。さらに、配向処
理として、このポリイミド膜２Ａを微細なレーヨンブラ
シで一方向（ラビング方向）に摩擦する（ラビング処
理）。このような方法で作製した配向膜２Ａ，２Ｂ付き
の２つのガラス基板５Ａ，５Ｂの周辺部を、２μm の球
状スペーサ入りのシール用接着剤１３で張り合わせる。
この場合、２枚の配向膜２Ａ，２Ｂのラビング方向は、
平行である。
リイミド膜２Ａ（50nm厚) をスピンコート法により透明
電極４Ａ（In2O3 : Sn、厚み72nm）付きのガラス基板５
Ａ（３mm厚の青板ガラス) に塗布する。さらに、配向処
理として、このポリイミド膜２Ａを微細なレーヨンブラ
シで一方向（ラビング方向）に摩擦する（ラビング処
理）。このような方法で作製した配向膜２Ａ，２Ｂ付き
の２つのガラス基板５Ａ，５Ｂの周辺部を、２μm の球
状スペーサ入りのシール用接着剤１３で張り合わせる。
この場合、２枚の配向膜２Ａ，２Ｂのラビング方向は、
平行である。
【００１５】次に、液晶１と合成樹脂３材料を 100℃ま
で加熱して混合し、均質溶液を作製する。この均質溶液
を前述の配向膜２Ａ，２Ｂ間のギャップ（約２μm ）
に、100 ℃に保ったまま注入する。さらに、ネマティッ
ク相を示す７５℃まで冷却し、ガラス基板５Ａを通し
て、強度４０mW/cm2の紫外線（波長365 nm) を照射し、
網目状樹脂３を形成する。その後、室温まで徐冷する。
で加熱して混合し、均質溶液を作製する。この均質溶液
を前述の配向膜２Ａ，２Ｂ間のギャップ（約２μm ）
に、100 ℃に保ったまま注入する。さらに、ネマティッ
ク相を示す７５℃まで冷却し、ガラス基板５Ａを通し
て、強度４０mW/cm2の紫外線（波長365 nm) を照射し、
網目状樹脂３を形成する。その後、室温まで徐冷する。
【００１６】このような方法で試作された本実施例の液
晶光変調器の有効面積は、２０×２０ mm2である。な
お、実用的なコントラスト比を得るためには、１〜１０
μmの厚みの複合体１１が必要となる。実施例の動作 次に、図１に示す本実施例の液晶光変調器の動作を、図
面を用いて説明する。
晶光変調器の有効面積は、２０×２０ mm2である。な
お、実用的なコントラスト比を得るためには、１〜１０
μmの厚みの複合体１１が必要となる。実施例の動作 次に、図１に示す本実施例の液晶光変調器の動作を、図
面を用いて説明する。
【００１７】図１のスイッチ７により、電源８Ａの負の
電圧が上面の透明電極４Ａに印加されるようにした場
合、液晶分子の自発分極が上方（透明電極４Ａの方向）
を向く。それに伴い液晶分子１４Ａは、基板面に水平方
向を維持したまま、図２の動作図に示すように、配向膜
２Ａ，２Ｂのラビング方向からチルト角だけ傾き配列す
る。この時、偏光板１０Ａを透過した光の偏光方向が液
晶分子１４Ａの長軸と一致するため、複屈折効果が現れ
ず、光の偏光状態が変化しない。そのため、複合体１１
を透過した光は出射側の偏光板１０Ｂで吸収され、透過
することができない（不透明状態）。
電圧が上面の透明電極４Ａに印加されるようにした場
合、液晶分子の自発分極が上方（透明電極４Ａの方向）
を向く。それに伴い液晶分子１４Ａは、基板面に水平方
向を維持したまま、図２の動作図に示すように、配向膜
２Ａ，２Ｂのラビング方向からチルト角だけ傾き配列す
る。この時、偏光板１０Ａを透過した光の偏光方向が液
晶分子１４Ａの長軸と一致するため、複屈折効果が現れ
ず、光の偏光状態が変化しない。そのため、複合体１１
を透過した光は出射側の偏光板１０Ｂで吸収され、透過
することができない（不透明状態）。
【００１８】次に、図１のスイッチ７により、電源８Ｂ
の比較的小さな正の電圧を上方の透明電極４Ａに印加す
る。この場合、網目状合成樹脂３で分割された液晶ドメ
インは、個々に異なるしきい値電圧をもつため、一部の
液晶ドメインで、液晶分子１４Ｂの自発分極が下方（透
明電極４Ｂの方向）に向く。この液晶ドメインの液晶分
子１４Ｂは、図３に示すように配向膜２Ａ，２Ｂの配向
処理方向に対して、チルト角だけ逆方向に傾き配列す
る。この液晶ドメインでは、入射光の偏光軸に対して、
分子１４Ｂ長軸がチルト角の２倍傾くため、光の２つの
直交偏波成分に位相差が生じるため、出射光の偏光状態
が変化する。あらかじめ、180 °の位相差が生じるよう
に、液晶・樹脂複合体１１の膜厚と液晶１の屈折率異方
性を調整しておくことにより、液晶・樹脂複合体１１か
ら出射する光を、出射側の偏光板１０Ｂと平行な直線偏
光にすることができる。そのため、この液晶ドメインを
透過した光は、出射側の偏光板１０Ｂに吸収されずに透
過することができる。この時、透明な配向を示す液晶ド
メインと不透明な配向を示す液晶ドメインが混在するこ
とになり、それらの面積比率で中間調が得られることに
なる。
の比較的小さな正の電圧を上方の透明電極４Ａに印加す
る。この場合、網目状合成樹脂３で分割された液晶ドメ
インは、個々に異なるしきい値電圧をもつため、一部の
液晶ドメインで、液晶分子１４Ｂの自発分極が下方（透
明電極４Ｂの方向）に向く。この液晶ドメインの液晶分
子１４Ｂは、図３に示すように配向膜２Ａ，２Ｂの配向
処理方向に対して、チルト角だけ逆方向に傾き配列す
る。この液晶ドメインでは、入射光の偏光軸に対して、
分子１４Ｂ長軸がチルト角の２倍傾くため、光の２つの
直交偏波成分に位相差が生じるため、出射光の偏光状態
が変化する。あらかじめ、180 °の位相差が生じるよう
に、液晶・樹脂複合体１１の膜厚と液晶１の屈折率異方
性を調整しておくことにより、液晶・樹脂複合体１１か
ら出射する光を、出射側の偏光板１０Ｂと平行な直線偏
光にすることができる。そのため、この液晶ドメインを
透過した光は、出射側の偏光板１０Ｂに吸収されずに透
過することができる。この時、透明な配向を示す液晶ド
メインと不透明な配向を示す液晶ドメインが混在するこ
とになり、それらの面積比率で中間調が得られることに
なる。
【００１９】さらに、図１のスイッチ７により、電源８
Ｃの大きな正の直流電圧を上方の透明電極４Ａに印加し
た場合、図４に示すように、すべての液晶ドメインで、
透明状態を示す配向となる。この場合、入射光の大部分
が偏光板１０Ｂで吸収されずに出射され透明状態にな
る。このような不透明状態、中間調状態、透明状態は，
印加電圧をゼロにした状態でも、液晶分子の配向がメモ
リ性を示すため保持される。それにより、中間調をもつ
メモリ動作が実現できる。
Ｃの大きな正の直流電圧を上方の透明電極４Ａに印加し
た場合、図４に示すように、すべての液晶ドメインで、
透明状態を示す配向となる。この場合、入射光の大部分
が偏光板１０Ｂで吸収されずに出射され透明状態にな
る。このような不透明状態、中間調状態、透明状態は，
印加電圧をゼロにした状態でも、液晶分子の配向がメモ
リ性を示すため保持される。それにより、中間調をもつ
メモリ動作が実現できる。
【００２０】本実施例の一例として試作した上述の液晶
光変調器に、レベルの異なる正の電圧パルスを一時的に
印加し、単色入射光９（波長 633 nm のヘリウムネオン
レーザ光) を入射した場合の出射光の強度変化を図５に
示す。電圧パルスの強度に応じて、中間調の透過率が印
加電圧がゼロになった場合にも保持されることが確認で
きる。さらに、負の電圧パルスにより、出射光強度が低
レベルになるリセット動作が得られている。なお、本素
子の応答時間は、２０Ｖの印加時に、200 μsと高速で
あった。自発分極の大きな液晶１を用いることにより、
さらに高速化が可能である。
光変調器に、レベルの異なる正の電圧パルスを一時的に
印加し、単色入射光９（波長 633 nm のヘリウムネオン
レーザ光) を入射した場合の出射光の強度変化を図５に
示す。電圧パルスの強度に応じて、中間調の透過率が印
加電圧がゼロになった場合にも保持されることが確認で
きる。さらに、負の電圧パルスにより、出射光強度が低
レベルになるリセット動作が得られている。なお、本素
子の応答時間は、２０Ｖの印加時に、200 μsと高速で
あった。自発分極の大きな液晶１を用いることにより、
さらに高速化が可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向に伸張した形状の微細
な網目状合成樹脂３を強誘電性液晶１内に分散すること
により、面積階調に基づく中間調メモリ機能が得られ、
しかも、コントラスト、光透過率、解像度、面内均一
性、安定性に優れた液晶光変調器を提供することができ
る。従って、本発明の液晶光変調器は、ディスプレイに
好適に応用が可能であり、本発明を用いた場合、強誘電
性液晶を用いて中間調のメモリ動作が可能となり、コン
トラスト、光透過率、解像度、面内均一性、安定性に優
れたディスプレイを実現できる。
配向膜２Ａ，２Ｂの配向処理方向に伸張した形状の微細
な網目状合成樹脂３を強誘電性液晶１内に分散すること
により、面積階調に基づく中間調メモリ機能が得られ、
しかも、コントラスト、光透過率、解像度、面内均一
性、安定性に優れた液晶光変調器を提供することができ
る。従って、本発明の液晶光変調器は、ディスプレイに
好適に応用が可能であり、本発明を用いた場合、強誘電
性液晶を用いて中間調のメモリ動作が可能となり、コン
トラスト、光透過率、解像度、面内均一性、安定性に優
れたディスプレイを実現できる。
【図１】図１は本発明の液晶光変調器の一実施例を示す
構成図、
構成図、
【図２】図２は図１に示した液晶光変調器の不透明状態
を示す動作図、
を示す動作図、
【図３】図３は図１に示した液晶光変調器の中間調状態
を示す動作図、
を示す動作図、
【図４】図４は図１に示した液晶光変調器の透明状態を
示す動作図、
示す動作図、
【図５】図５は図１に示した液晶光変調器のパルス電圧
強度と出射光強度の波形を示す図、
強度と出射光強度の波形を示す図、
【図６】図６は液晶光変調器の従来例１の構成を示す
図、
図、
【図７】図７は液晶光変調器の従来例２の構成を示す
図、
図、
【図８】図８は液晶光変調器の従来例３の構成を示す
図、
図、
１ 強誘電性液晶 ２Ａ，２Ｂ 配向膜 ３ 合成樹脂 ４Ａ，４Ｂ 透明電極 ５Ａ，５Ｂ ガラス基板 ６ リード線 ７ スイッチ ８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 直流電圧源 ９ 入射光 １０Ａ，１０Ｂ 偏光板 １１ 液晶・樹脂複合体 １２ 出射光 １３ シール樹脂 １４Ａ，１４Ｂ 液晶分子 １５ 電源 １６ 微小球 １７Ａ，１７Ｂ 超薄膜配向膜 １８ ダイオード １９ 可変電気抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−88150（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−150229（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−119320（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−250427（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318812（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318518（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264953（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−281425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1337 510 G02F 1/1334 G02F 1/141
Claims (7)
- 【請求項１】 自発分極をもちカイラルスメクティック
Ｃ相を示す強誘電性液晶と入射光の波長以下の太さの微
細な３次元網目状の合成樹脂からなる液晶・樹脂複合体
と、当該液晶・樹脂複合体を挟み液晶分子を配向膜の配
向処理方向に配列させる前記配向膜と、前記液晶・樹脂
複合体と前記配向膜を挟む透明電極と、前記液晶・樹脂
複合体と前記配向膜と前記透明電極とを実質的に挟む偏
光方向が互いに直交関係にある偏光板と、前記透明電極
に電圧を印加する電圧印加手段とから構成するととも
に、前記透明電極に印加する前記電圧の極性およびレベ
ルを変えることにより、透明な配向を示す液晶ドメイン
と不透明な配向を示す液晶ドメインとの比率を任意所望
に変化させて任意所望の強度の光変調を行い得るように
したことを特徴とする液晶光変調器。 - 【請求項２】 前記合成樹脂の含有率が前記液晶・樹脂
複合体の１０重量％以下であることを特徴とする請求項
１記載の液晶光変調器。 - 【請求項３】 前記合成樹脂の網目が前記配向膜の配向
処理方向に伸張した形状であることを特徴とする請求項
１または２記載の液晶光変調器。 - 【請求項４】 前記液晶がネマティック相を示す温度で
前記合成樹脂が形成されていることを特徴とする請求項
１から３いずれか１項に記載の液晶光変調器。 - 【請求項５】 前記合成樹脂が、光硬化、熱硬化または
反応硬化により形成されるアクリル樹脂、エポキシ樹
脂、ウレタン樹脂、またはそれらの共重合体であること
を特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の液晶
光変調器。 - 【請求項６】 前記配向膜が、ラビング配向処理された
ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、斜方蒸着
されたＳｉＯ、ＳｉＯ2 、ラングミュア・ブロジェット
法により形成されるポリイミド樹脂のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の液
晶光変調器。 - 【請求項７】 前記液晶が、シッフ塩基系強誘電性液
晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビ
フェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶、ま
たはフェニルピリミジン系強誘電性液晶であることを特
徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の液晶光変
調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04262794A JP3329565B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 液晶光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04262794A JP3329565B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 液晶光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248489A JPH07248489A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3329565B2 true JP3329565B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=12641261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04262794A Expired - Fee Related JP3329565B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 液晶光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329565B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
| US6118512A (en) * | 1995-12-27 | 2000-09-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of a liquid crystal display element |
| TW400452B (en) * | 1995-12-27 | 2000-08-01 | Sharp Kk | Liquid crystal display element and a manufacturing method thereof as well as a liquid crystal display |
| GB2320103A (en) * | 1996-12-05 | 1998-06-10 | Sharp Kk | Liquid crystal devices |
| US5949508A (en) * | 1997-12-10 | 1999-09-07 | Kent State University | Phase separated composite organic film and methods for the manufacture thereof |
| JP4674738B2 (ja) * | 2001-01-31 | 2011-04-20 | 駿介 小林 | 液晶表示素子の製造方法 |
| JP2003066429A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Chisso Corp | メモリー性を有する液晶表示素子 |
| US6989857B2 (en) * | 2003-06-30 | 2006-01-24 | Emhart Glass S.A. | Container inspection machine |
| EP2933677B1 (en) | 2012-12-14 | 2019-02-13 | LG Chem, Ltd. | Liquid crystal element |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP04262794A patent/JP3329565B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07248489A (ja) | 1995-09-26 |
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